为论证和宣传盖娅理论,1974年,拉伍洛克开始写作《盖娅:地球生命的新视野》一书,该书于1979年首次由牛津大学出版社出版,并于1987年、1995年、2000年分别再版。此外,他还出版了《盖娅时代》(1989)、《盖娅:行星医学的实践科学》(1991)、《敬畏盖娅:一位独立科学家的生命》(2000)等关于盖娅的著作。
我们在日常生活中看到,所有的生命都以个体的形式存在,如一个人、一匹马、一只昆虫、一棵树等等,它们生长、繁殖,有自己的特殊构成,有自我维持的功能,生命体与岩石、泥土、空气、水等非生命物质有着完全不同的性质。因而,常识认为,地球上有很多生命形式,但地球本身是死的,它只是各种生命体赖以生存的资源和栖息地。但是,拉伍洛克认为:
“地球上生物的完整系列———从鲸鱼到病毒、从橡木到海藻———应被看作组成了一个单一的生命实体,它能够通过操纵地球上的大气来满足其全部需求,并且拥有远远超过其组成部分的本领与力量。”
太空中的星球彼此间的距离遥远,距离产生不同,但是,地球与其在太阳系中最近的两个邻居金星和火星的不同不能简单地由其与太阳的距离、运行轨道等物理参数作出物理、化学决定论的解释。科学家们一致认为,地球在生命诞生之前,其大气构成与金星、火星相类似,而不是现在这个样子。
金星、原始地球、火星和现代地球的大气构成。
生命诞生之前的地球,也不同于不能再从化学反应中获得能量的状态,即热力学平衡状态。因为地球绕太阳旋转可获得巨大的辐射能量,其中有的射线还能分裂大气外层空间的分子;同时,地球内部也因放射性元素衰变释放能量而变得非常灼热。生命诞生之前的地球还会有云彩和雨水,但由于大气中二氧化碳浓度极高,气温也就很高,极地就不会有冰盖;空气可能有微量的氧,因为水分子在大气外层空间被分解,质量轻的氢原子部分逃逸到太空中,氧原子则返回大气,但氧气难以在大气中积累,因为地壳下的还原物质不断涌出和部分氢的返回都会消耗氧。
瑞典著名化学家奚伦(Sillen)首次计算出地球上的物质达到热力学平衡时的状态,这一结果已为后来许多科学家的计算所证实。如果地球达到热力学平衡态时。
为什么地球会远离无生命地球的原始状态和热力学平衡状态?拉伍洛克的回答是:这是盖娅自我调节的结果。如果地球仅仅只是一个没有生命的固态物体,其表面温度会随着太阳能量输出的变化而变化。在地球生命诞生后的接近40亿年以来,太阳能量输出至少增加了25%,地球温度就会出现热到足以使海水沸腾和冷到使全球冻结的剧烈变化,一切生命都不可能生存。但是,在这期间,地球平均温度的变化过程都被控制在10摄氏度到20摄氏度水平线的狭窄范围之内,这种控制是通过盖娅复杂的反馈机制来实现的,包括增温气体含量的变化,生物体颜色改变而改变对阳光的吸收或反射率的变化、云彩生成的变化等等。
地球大气圈的成分是一种非常奇特的互不兼容的混合体,几乎所有的大气现象都有违背了化学平衡的规则,但对于生命来说,明显的无序却以相对稳定和有利的条件以某种方式维持着,这在盖娅关于生物圈积极维持和控制大气的构成,为地球生命提供最佳生存环境的理论中得到解释。
现在的大气中氧气浓度是21%,处在风险与收益的完美平衡点上,氧气在现在的浓度水平上每增加1%,闪电造成森林大火的概率就增加70%,现在全球每年闪电约2亿次,在氧气含量为21%时,大火不会在湿度超过15%的条件下燃烧;当氧气含量达到25%,即使是雨林中嫩枝和青草也会燃烧起来。而且火的出现完全是由于生物出现才出现的,没有生物,地球上就既没有助燃的氧气,也没有可燃的燃料,更没有能使用火的人类,生火需要空气中至少有12%的氧气,无生命的地球不可能有这么高的氧含量。但如果氧气含量过高,人类使用火就等于是引火自焚。没有火,人类的饮食、卫生就会与其他动物无异,人类的进化就完全是另外一回事,使用火的人类特别是人类文明也就不可能出现。
氮的稳定形式不是气体,而是溶解在海洋中的硝酸根离子,如果所有的氮气都以硝酸根离子存在于海洋中,就会使其摩尔浓度从0。6增加到0。8,使海水中的离子浓度上升,这将使几乎所有已知形式的生命都不能适应,而且高浓度的硝酸盐除了对海洋盐分的影响外还有剧毒。正是由于各种生物进程,使氮气从海洋和陆地进入到空气中,使大气保持远多于化学平衡所需的大量氮气,这对维持海洋生命所需低盐分和大气的构成具有关键性的作用,氮气是一种构建压力的气体,并能缓慢地稀释氧气,氮气占有大气构成的78%,从而使大气中的氧气不能危险性地升高,同时也限制了其他气体的升高。
氨气是土壤、海洋中大量产生并释放到空气中的含氮气体,它的自然来源是生物,功能是控制环境中酸性,产生速度每年至少是10亿吨。如果把氮和硫的氧化物所产生的酸全部考虑在内,生物圈所产生的氨气恰好足以使得降雨pH值维持在接近8,这是生命所需要的最适宜值,如果没有氨气,任何地方降雨的pH值都将接近于3,相当于醋的酸度,这就不适合于生物的生存。
拉伍洛克把盖娅定义为:
“一个复杂的存在,包括地球的生物圈、大气圈、海洋和土壤,这些要素的全体组成一个反馈或控制系统,为这个星球上的生命寻求一个最为理想的物理和化学环境。通过积极的控制,相关不变的条件得到维持,‘体内平衡’一词可以很方便地描述这种现象。”
生命是一个行星尺度的现象,如果我们从太空中看星球,地球这颗蓝色的星球极为独特,这种独特性是物理、化学规律所不能解释的,唯一的解释是:地球是活的。
地球是一个生命体的“盖娅”论与我们关于生命体的常识相距太远,令人难以理解和接受,但只要“换位”思考如下问题:在人看来,人是生命体,而细胞不是,细胞离开人体不能在环境中存活;而在人体的细胞看来,人是细胞的集合,离开了细胞,人什么也不是。在细菌看来,只有它们才是生命体,所有有宏观体积的动植物都是细菌的资源环境或栖息地。在细菌和所有动植物看来,地球只是它们的资源环境或栖息地,而在“盖娅”看来,地球所有细菌和动植物都是她生命整体的构成,离开了她的生命整体,它们都不能存活。这样,我们的理解力或许可以得到改善。